Rauschen der Signalanteile

Nach Korrektur der "`systematischen"' Fehler verbleiben noch zufällige Fehler, die im Zusammenhang mit den statistischen Prozessen der Signalerzeugung und -verarbeitung auch als Rauschen bezeichnet werden. Das Rauschen bei CCD-Aufnahmen wird im wesentlichen durch drei Prozesse erzeugt, die mit der Freisetzung (Photogeneration und thermische Generation) und dem Auslesen der Elektronen zusammenhängen. Die statistische Verteilung um einen Mittelwert (Rauschen) unterliegt bei der thermischen und der Photogeneration den Gesetzen der Poissonverteilung. Demnach ist die Stärke des Rauschens gleich der Wurzel aus der Stärke des Signals (Photonenrauschen bzw. das Rauschen des Signals $R_{\rm S} = \sqrt{Signal}$, Dunkelsignalrauschen $R_{\rm D} = \sqrt{Dunkelsignal}$). Die Vorgänge beim Auslesen der Elektronen durch die Elektronik sind vielschichtiger. Als Summe ergibt sich eine auch als Ausleserauschen ($R_{\rm A}$) bezeichnete Unsicherheit von etwa 10 ...50 Elektronen pro Auslesevorgang und Pixel. Das gesamte Rauschen ergibt sich wie folgt:

$Rauschen \quad = \quad \sqrt{(R_{\rm S})^{2} + (R_{\rm D})^{2} + (R_{\rm A})^{2}}$.
Der Rauschanteil der thermischen Generation läßt sich verkleinern, indem der Dunkelstrom durch entsprechende Kühlung sehr klein gehalten wird. Der Rauschanteil durch die Photogeneration ist nicht beeinflußbar. Um den Anteil $(R_{\rm A})^{2}$ niedrig zu halten, sollte die Belichtungsdauer so angepaßt werden, daß das Rauschen durch die Ausleselektronik im Verhältnis zur Gesamtintensität sehr klein ist.